Politecnico di Milano

The thesis regards the design, simulation or/and experimental characterization of circuits (preamplifiers, analog and digital signal processors, voltage and current references…)in CMOS technology, part of a large-format Application Specific Integrated Circuit (ASIC) devoted to semiconductor X-ray detectors readout in spectroscopic/imaging systems for space, medical and security applications. The design of these circuits is focused on the minimization of the noise and power consumption. The work will be done at the Semiconductor and Integrated Circuit Laboratory located in Como Campus of Politecnico di Milano. Duration between 4 and 9 months are scheduled for short and long thesis. For any additional informations please write to prof. Giuseppe Bertuccio.

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STMicroelectronics' STHORM platform offers a large number of computational resources (64 processing elements plus five controllers) in a System-on-Chip tailored for high performance embedded systems, with applications including image processing for the security and automotive domains. To effectively program such a platform, the language of choice is OpenCL, the industry standard for programming heterogeneous parallel platforms. The thesis aims at designing and implementing specialized optimizations to enhance performance of OpenCL code on the STHORM platform. Technologies involved in the thesis include the LLVM compiler framework, OpenCL, and C++.

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With the rise of many-core heterogeneous systems (e.g., nVidia and AMD GPGPUs, ARM Mali), the computing world is experiencing a resurgence of architecture diversity, leading to increased effort in supporting, learning, and programming this wide range of different architectures. The thesis aims at providing performance portability by extending the OpenCL language and API through suitable means (libraries, language extensions, etc.) tailored to support multiple architectures. To focus the development work into an effective research product, the thesis will focus on a single application domain, cryptographic applications, and a set of selected platforms including nVidia Kepler and Fermi as well as STMicroelectronics' new STHORM embedded platform. Technologies involved in the thesis include the LLVM compiler framework, OpenCL, and C++.

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Modern compilers expose complex parameters sets which are usually controlled through hard-wired optimization sequences. At the same time, application parameters can often be used to trade-off computing resources (memory, processing elements) for quality of the results (e.g., in video decoding). In other cases, the application can be composed using equivalent algorithms with different properties (e.g., specialized for specific operating conditions or architectures). The thesis aims at exposing to automated parameter tuning systems a large set of optimization parameters available internally in the LLVM compiler framework. Then, an experimental campaign will be conducted on a selection of benchmark to assess how the tuning systems are able to optimise the application performance and energy metrics on different target platforms. Technologies involved in the thesis include the LLVM compiler framework, OpenCL, and C++, as well as several auto-tuning systems such as MILEPOST.

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We consider robogames where at least one autonomous robot interacts with at least a person in a lively game. Thesis projects are available on different topics: - Design and implementation of a new game on one of the robots available at AIRLab (http://airlab.elet.polimi.it/) - Design of a new game and a new suitable robot - Evaluation of games with users These projects give the possibility to experiment human-robot interaction with real mobile robots (Spykee, Lego Mindstoms, Ardu4WD, A.R.Parrot Drone, other drones, and other robots), as well as with interaction devices such as the WII Mote or the Kinect.

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Within a Polisocial project we will have to implement a robot suitable to play autonomously with autistic children that will interact with it and a game system by gestures. The thesis will explore some of the aspects of the problem, eventually participating to the production of prototypes to be tested with real users. The thesis gives the possibility to develop a robot with special requirements, and to work with gesture interpretation by using devices such as Kinect or the WII Mote. The work is done in an interdisciplinary group including care givers and designers.

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Energy consumption is becoming a challenging problem in the fast growing technological global society; the energy consumption of the ICT sector alone today is estimated to be 4% of the total world electricity consumption and this percentage is expected to grow up to 14% in 7 years. The mission of the GreenTouch project is to deliver the architecture, specifications and roadmap to increase network energy efficiency by a factor of 1000 compared to 2010 levels. This thesis aims at studying energy-efficient design techniques of backbone networks infrastructures in support of the ever growing demands for Internet-based services, especially real-time critical applications. Current design approaches and innovative green solutions will be evaluated in terms of energy consumption within the GreenTouch framework.

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Sviluppare applicativi su Android per interfacciamento WiFi a nostra strumentazione elettronica, applicata in ambiti bio e per esperimenti scientifici.

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Collaborazione con azienda leader nel settore Automotive. Elaborare le immagini acquisite da una videocamera CMOS SPAD a singolo fotone, montata su automobile utilizzata in tipici scenari automobilistici. Estrarre informazioni di dimensioni, distanza, velocità di avvicinamento di oggetti che potrebbero essere "pericolosi", per attuare interventi "pre-crash" di sicurezza.

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In stretta collaborazione con azienda leader nel settore, di Milano. Sviluppo di firmware e software in C per microprocessori 16/32bit Cisc-Risc della Renesas, per gestione di terminali grafici (4.3 inch TFT 480x272 con LED Backlight e touch panel) mediante sistema operativo Real Time FreeRtos e protocollo di comunicazione modbus, con anche interfacce ethernet e usb.

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To conceive and design novel structures and fabrication processing for InGaAs/InP SPADs, optimized for free-running photon-counting operation, with improved quality of device heterostructure (for reducing DCR and afterpulsing) through the proper design of epitaxial growth conditions and Zinc diffusion parameters. Furthermore, different growth technology will be studied, from metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) to molecular beam epitaxy (MBE). All fabrication batches will be experimentally characterized and modeled for design feedback.

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To integrate microelectronics with spectroscopy in order to detect hazardous substances, like explosives, drugs or poisons, and to selectively control goods and industrial processes, through reliable non-invasive portable systems based on time-resolved, single-photon counting RAMAN spectroscopy with ultrafast picosecond-pulsed laser sources and quantum-limited SPAD arrays.

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We aim at developing beyond state-of-the-art single-photon detectors for the near-infrared by exploiting a ground-breaking epitaxial technology based on smart self-assembling of 3D microcrystals, constituted by a stack of germanium and gallium-arsenide semiconductor heterostructures grown on deeply patterned silicon substrates, with an extremely-high crystal and interface quality and with a natural pixelated arrangement. The goals of the project are: i) to provide cheap and scalable Si substrates with high quality Germanium heteroepitaxial layers; ii) to fabricate a GaAs/Ge single pixel SPADs on Si substrates; iii) to conceive a novel SPAD detector made of many micro-pillars.

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BACKGROUND AND GENERAL INFORMATION This thesis work is one of the research activities that our group at Politecnico di Milano – Dept. of Electronics, Information and Bioengineering (BONSAI Laboratory) is carrying out within the 7FP European Project COMBO (COnvergence of fixed and Mobile BrOadband access/aggregation networks), which addresses fixed-mobile convergent (FMC) networks and gathers 17 partners including major Telecommunication Operators, vendors and research community. The overall project spans 36 months (2013-2015). The thesis will be focused on the study of traffic models and analysis of traffic data for FMC networks, provided by telecom operators partners in the project, as well as available in public archives. GOALS OF THE THESIS WORK First, recent literature on traffic models for fixed and mobile networks and in converged scenarios will be surveyed, paying particular attention to empirical models and real measurement results, if any. The aim will be at identifying traffic models fitting in FMC scenarios and coupling simplicity, for ease of analysis and simulation, with good adherence to the empirical characteristics detected. Suitable traffic analysis tools will have to be identified at this stage. Such mathematical tools for traffic data analysis will include (yet not exclusively) the well-known Modified Allan Variance, proposed and adapted years ago by our team for the estimation of network traffic long-range dependence and multi-scaling behaviour. Its unprecedented fineness and sensitivity, well appreciated since the '80s for frequency stability measurement, should allow an accurate verification of the actual fitting of traffic theoretical models to empirical data. Once real measurement data sets will be made available by other partners involved in this Task, or will be made public by other teams of researchers investigating on this subject, the traffic models so identified will be applied to empirical data. Traffic analysis tools will allow to estimate characteristic parameters and possibly to assess evolution trends over the scenarios. Real measurement data sets, which will be needed in order to carry out such analysis work, should be not limited to aggregated statistics, such as mean, variance, etc. Time series of various traffic samples, for application mixes and in different fixed and mobile network scenarios, would be required. Links where traffic might be measured, in the FMC context of COMBO, might be anywere in the reference scenario identified in the early stages of the project. For example, it might be a backhaul link between a radio cell and the fixed backbone network. REQUIREMENTS The candidate should have a good background on telecommunications networks, random phenomena and traffic theory, as provided by the standard courses in the study program of Telecommunications Engineering at Politecnico di Milano (MSc, Laurea Magistrale).

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Il lavoro avrà come obiettivo la modellistica, simulazione e controllo di un robot a link flessibili. L'ambiente di sviluppo sarà Simscape (Simulink) e la sperimentazione avverrà su un robot reale per applicazioni spaziali.

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Il lavoro avrà come obiettivo la modellistica del processo biochimico di digestione anaerobica, la sintesi di algoritmi di identificazione dei parametri di processo ed il progetto di strategie avanzate di controllo (controllo ottimo, MPC, etc.). Il lavoro comprenderà anche una fase di raccolta di dati sperimentali su impianti reali e si inquadrerà nelle attività del progetto La Fabbrica della Bioenergia.

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La tesi avrà come obiettivo la realizzazione di un simulatore di volo. In una prima fase si dovrà realizzare una replica della strumentazione di base di un velivolo, fornendo al pilota la possibilità di cambiare sul proprio display la modalità di visualizzazione strumentale. Ciascuna modalità dovrà essere impostata in maniera da avere lateralmente allo schermo (a destra per quello pilota, a sinistra per quello copilota) dei pulsanti “funzione” (virtuali). Questo per dare la possibilità di interagire con tali pulsanti mediante touch-screen o mediante rotelle/pulsanti fisicamente ricreati a pannello. Per la realizzazione della prima fase sono già disponibili le primitive grafiche e il simulatore dinamico del velivolo. In una seconda fase si realizzerà un nuovo simulatore dinamico in linguaggio Modelica, preferibilmente nell'ambiente OpenModelica. Il lavoro di tesi ha un forte contenuto di tipo informatico e sarà svolto presso l'azienda ASED srl - Technical Department, Via Sesto 68, 26100 Cremona.

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La complessità della fase di programmazione dei robot industriali ne ostacola l'ulteriore diffusione nelle applicazioni, in particolare per lotti di produzione limitati. In questi casi può essere di ausilio una modalità di programmazione, detta "manual guidance", in cui il programmatore interagisce con il robot, guidandone l'end-effector lungo la traiettoria che il robot deve inseguire. Il robot in tal modo "impara" la traiettoria perchè guidato manualmente dall'operatore. Tale strategia di controllo, basata sull'utilizzo di un sensore di forza che rileva la forza esercitata dall'operatore e accomoda di conseguenza il movimento del robot, e' stata realizzata su un robot industriale presso il Laboratorio di Automatica del DEI. Gli esperimenti hanno evidenziato in alcuni casi l'instaurarsi di un fenomeno di instabilita', dovuto alla chiusura di un anello di retroazione da parte dell'operatore. La dinamica complessiva del sistema dipende cioe' sia dalla dinamica del robot che da quella introdotta dall'essere umano. L'obiettivo della tesi sara' l'analisi del fenomeno di instabilità e lo sviluppo di algoritmi di controllo in grado di eliminarla.

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In collaborazione con la prof. M. Prandini nell'ambito del progetto europeo MoVeS. I sistemi ibridi stocastici sono modelli in cui coesistono variabili continue e discrete e in cui alcune variabili sono affette da incertezza. Molti sistemi di tipo energetico (es. sistema di cogenerazione, smart grid, ecc.) hanno proprio queste caratteristiche, in quanto p.es. l'accensione/spegnimento di dispositivi introduce variabili discrete e la presenza di fonti rinnovabili (eolico, solare, ecc.) oltre che del carico (predicibile entro certi limiti, ma comunque affetto da incertezza) richiede una modellizzazione di tipo stocastico. La tesi verte sia su aspetti di modellistica di tali sistemi che sulla loro ottimizzazione e sul loro controllo.

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Estensione dei metodi controllo attivo del rumore al caso in cui i cammini primario e secondario siano nonlineari (p.es. per effetto di saturazioni/distorsioni in microfoni e altoparlanti). Una classe di modelli nonlineari particolarmente flessibile è quella dei modelli ricorsivi ingresso/uscita di tipo polinomiale con struttura NARX (Nonlinear AutoRegressive with eXogenous Variables). Integrazione di tecniche di controllo basate su modelli NARX (Nonlinear AutoRegressive with eXogenous Variables) con algoritmi adattativi di selezione della struttura del modello.

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Nell'ambito del controllo del rumore e delle vibrazioni è molto frequente avere a che fare con segnali multiarmonici da inseguire e attenuare. Il problema è tanto più complesso quanto più alto è il numero delle frequenze da stimare e nel caso in cui queste varino nel tempo. Si possono investigare varie tecniche, per esempio usando il filtro di Kalman, modelli LPV o filtri a spillo adattativi, ecc. Sperimentazione su un problema di vibrazioni sulla carena di una motocicletta (3 componenti armoniche a frequenza variabile).

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L'implementazione digitale di sistemi implica un degrado dell'accuratezza di rappresentazione dei modelli dovuta al campionamento e alla quantizzazione. Tale effetto è particolarmente evidente in caso di compresenza di dinamiche diverse distribuite su una banda ampia di frequenze. La tesi verte sull'uso di tecniche multirate per la discretizzazione mirata delle varie componenti in frequenza, al fine di otenere una maggiore accuratezza di rappresentazione delle varie componenti. Si vuole studiare il comportamento di tali tecniche anche ai fini del controllo.

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Una classe di modelli nonlineari particolarmente flessibile è quella dei modelli ricorsivi ingresso/uscita di tipo polinomiale. In questa tesi si vogliono studiare metodi di identificazione ricorsiva, per applicazioni on-line, di tali modelli, con riferimento alla struttura NOE (Nonlinear Output Error). Il problema è reso complesso dal fatto che il vettore dei regressori contiene generalmente anche campioni dell'uscita stimata, e quindi va ricostruito ad ogni istante. Inoltre, ad ogni passo si aggiorna il vettore dei parametri e quindi si devono riaggiustare anche le stime dell'uscita. Si può investigare l'applicabilità di tecniche tipo PLR con iterazione sul residuo (o ELS), tecniche basate sulla predizione a più passi, tecniche di ottimizzazione (algoritmi genetici), tecniche bayesiane, ecc.

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Sistemi con isteresi si trovano frequentemente in ambito meccanico e elettronico. La modellizzazione di tali sistemi nonlineari è particolarmente difficile e si utilizzano modelli complessi e ad hoc. Si vuole investigare l'applicabilità di tecniche di identificazione con modelli NARX (Nonlinear AutoRegressive with eXogenous Variables) e NOE (Nonlinear Output Error).

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Nell'identificazione nonlineare un aspetto cruciale è la selezione della struttura del modello, che è un problema di natura combinatoria. Una classe di modelli nonlineari particolarmente flessibile è quella dei modelli ricorsivi ingresso/uscita di tipo polinomiale con struttura NARX (Nonlinear AutoRegressive with eXogenous Variables) e NOE (Nonlinear Output Error). La tesi verte sull'uso di tecniche randomizzate innovative, come l'approccio a scenario, la chance constrained optimization, ecc. per la selezione della struttura di modelli NARX e NOE di tipo polinomiale.

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Gli algoritmi a sottospazi sono una classe di algoritmi di identificazione di modelli nello spazio di stato, che si basano su un approccio geometrico. L'approccio a sottospazi all'identificazione multivariabile è intrinsecamente differente dal classico approccio basato sull'ottimizzazione, in quanto non richiede l'introduzione di una parametrizzazione della classe dei modelli. Nel contesto del controllo attivo del rumore, l'identificazione del cammino secondario ha un ruolo cruciale. Nel caso di sistemi multi-channel, tale task si configura come un problema di identificazione multivariabile, che viene in genere affrontato ripetendo il procedimento di identificazione scalare su ogni canale. Si vuole investigare l'efficacia e il costo computazionale di algoritmi a sottospazi adattativi nel risolvere tale problema, al crescere delle dimensioni del problema di controllo.

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The vision of an “Internet of Things” (IoT) is about extending today’s Internet into the physical world by means of smart sensors and actuators immersed within the environment, attached to persons or objects, and aboard robots. Such devices enable interactions with the real world at unprecedented granularity. Applications range from habitat and wildlife monitoring, to smart power grids and smart cities. Several projects and theses are available in this context. Most of them include activities using real sensor nodes and novel quad-copter platforms that can be freely programmed and accessed through the Internet. Videos of the aerial robot in action are at http://goo.gl/DcW9N and http://goo.gl/pRLM4. The specific topics deal with developing software for such platforms, including design methodologies; reconfigurable applications across the web; verification and testing; programming abstractions and languages; middleware and distributed processing; context-oriented programming; reliability and fault tolerance.

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Scopo del lavoro di tesi è quello di implementare algoritmi di simulazione in ambiente matlab per l'analisi di reti elettriche in presenza di fonti di generazione rinnovabili.

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scopo del lavoro è l implementazione in ambiente matlab di modelli di gestione ed ottimizzazione di componenti elettrici a bordo di veicoli ibridi.

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scopo della tesi è la progettazione e la simulazione di un dispositivo elettronico per la generazione di energia elettrica da fonti marine.

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Scopo del lavoro è lo sviluppo di sistemi di ottimizzazione di sistemi elettrici per la produzione di energia e per il rilevamento dei guasti.

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In the context of our AndroTotal project (www.andrototal.org) we wish to realize a scalable web application that connects systems such as Andrubis, CopperDroid, AndroTotal, SandDroid, MobileSandbox and VirusTotal in a distributed dataset of malware samples and their respective analyses. The system should be reliable, distributed, offer REST APIs with secure restrictions.

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We have built a system, codenamed "Phoenix", that is able to discover intelligence information from Passive DNS data, identifying new emerging botnet threats. Several extensions are planned to this system: - Making it incremental, adding online learning and deploying it live on a publicly accessible website for other researchers - Extending it to non-English, non-ascii domain names - Extending it to analyze DNS traffic of mobile malware - Extending it with a clustering algorithm devised by Manuel Roveri and his team, comparing results with those obtained by the current algorithm

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We have realized a system, called AndroTotal, to measure different characteristics of mobile antiviruses. We want to extend it with a physical pool of ARM devices to characterize power consumption of these software. Besides power measurements themselves, what is required is to devise efficient, intelligent ways to snapshot and restore images on physical devices to run tests according to our methodology.

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The thesis regards the design and experimental characterization of a fully integrated CMOS preamplifier devoted to ultra low noise readout of small charge pulse signals , down to few electrons, for scientific applications.

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The Spectroscan project is a collaboration of several companies and Politecnico di Milano for the design and realization of an advanced scanner, in terms of speed and accuracy, to detect hazardous materials using gamma-ray semiconductor detectors, high speed electronics and dedicated software. The thesis will be devoted to the laboratory test and development of the Spectroscan high speed readout electronics.

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The thesis consist in an experimental work aimed to implement a low voltage power supply with particular low noise features. The duration of the work is scheduled 4-6 months.

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Mediante la tecnica inductive power transfer (IPT) è possibile trasferire energia elettrica ad es. a dispositivi portatili, biomedici e a veicoli elettrici. Un problema tipico dei sistemi IPT è la dipendenza dell'efficienza del trasferimento dalla posizione. Nel lavoro di tesi verrà sviluppata una nuova metodologia per descrivere tale dipendenza.

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Il lavoro di ricerca si svolge in collaborazione con il gruppo di Mathematical Modeling & Numerical Simulations di ABB - Sede di Vittuone, Milano. Gli strumenti di simulazione sono Matlab e il software Maxwell - Ansys.

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Sono disponibili diverse Tesi e Tesine da svolgersi presso il 'Semiconductor Devices and Integrated Circuit Laboratory' del Dipartimento DEIB situato al Polo Territoriale di Como del Politecnico di Milano. Le tesi e tesine riguardano: - progettazione di circuiti integrati CMOS analogico/digitali - test e analisi di circuiti integrati CMOS analogico/digitali - progettazione di un alimentatore di precisione a basso rumore - caratterizzazione ed analisi di un sistema di acquisizione di segnali da rivelatori di raggi X - analisi sperimentale di giunzioni rettificanti su silicio e carburo di silicio per rivelazione di raggi X e particelle Gli studenti interessati possono contattarmi via e-mail. E' previsto un rimborso delle spese di viaggio.

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